水库除险加固消力池底板设计浅议

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对于水库来说，消力池地板具有重要的作用，特别是在泄洪过程中消力池的底板往往由于外力的作用而发生损坏。为了提高消力池底板的稳定性和可靠性，应当加强其设计研究。在设计的过程中要采取有力的措施保证其消力的效果，其中就涉及到施工工艺和设计方法的选择。

一、消力池底板发生损坏的原因分析

在水库的泄洪过程中常常发生消力池和底板发生损坏的现象，部分工程结构甚至会出现常修常坏的现象。在底板损坏的事故中，其原因和影响都各不相同，但是造成大部分工程底板失常的主要原因是由于板块被揭底破坏。

根据相关的失事原因的研究可以发现，底板上的脉动压力是造成底板损坏的主要原因。还要少部分工程在由于空蚀而发生损坏，或者是由于水流的过程中夹带着杂物而磨损、撞击、冲刷而损坏的。和空蚀和冲撞、磨损相比，消力池底板发生揭底损坏的范围大、时间短，常常导致发生整块底板被水流冲走的现象。对于消力池底板的这种损坏方式，已经引起了研究人员和施工人员的高度重视，不断的研究发现其发生损坏的原因。主要有以下几个方面：

（1）板块底部排水功能不完善，导致发生无排水或者排水失效的现象。这种情况容易导致板块受到巨大的浮托力和透压力而使板块底部发生裂缝的现象，从而使板块上受到比较大的脉动举力而使板块上升。在实际的应用中应用渗透压力和浮托力过大而使板块发生损坏的现象比较少，这主要是由于在设计的过程中就是根据扬压力来计算和施工的。

（2）由于板块本身比较薄弱，或者板块的锚筋设置不足，从而使板块在工作的过程中由于自身的强度不够而发生失稳的现象，导致板块的损坏。除此之外，底板上的脉动压力也是影响板块功能的重要因素，特别是存在高水头泄水的建筑时，在对板块的施工和防护上要特别的考虑到脉动压力的作用。对消力池底板的设计，主要是通过确定底板的稳定厚度和基岩的钢筋配置来实现的。在传统的设计方法中常常忽略了板块上存在的脉动荷载的作用，只是参考类似水库工程的建设情况来确定底板块的厚度，然后再在渗透压力的作用下来配置钢筋。这种方法没有考虑到脉动荷载的作用，在脉动荷载比较小的小型工程中可以发挥其作用，在一些高、中水头的工程中，脉动荷载的作用比较大，甚至起到了主要的作用，那么这种设计方法就不能满足实际情况，应当在设计中加入脉动荷载的影响。

在消力池板块发生损坏的过程中主要经历了两个阶段，一是由于水流的动力和所携带的砂石等杂物的相互碰撞和磨损的情况下，使板块之间的伸缩缝发生破坏。再加上板块长期和反复受到脉动举力的作用，就会使板块下面的缝隙不断的得到扩张并且沿着裂缝延伸开来，最终实现贯通，导致底板和基岩之间分离开，使基岩和钢筋失去了原有的功能。此外，还有可能发生板块和基岩之间脱离出穴的现象，其出穴的方式主要有翻转出穴和垂直出穴两种情况。

二、消力池地板的设计分析

在消力池的设计中主要是根据水跃跃长来设计的，其中关于平底扩散水跃跃长的计算公式比较大，但是都是经验公式。在使用的过程中面临着比较大的误差，所以在一定程度上给设计人员的工作带来了一定的困难。在消力池底板的设计中深长锚杆的方法得到了广泛的使用，这种方法能够有效的将底板和基岩紧密的结合在一起，从而能够共同的承受外力的作用，同时在必要的时候还可以进行固结灌浆。为了有效的改变在消力池底板设计中出现的不足和缺陷，可以考虑以下设计方法：

1.挑流消能的设计。这是在实际应用中最常见的消能方法，常见的组合形式有高低坎+挑流、水垫塘联合消能+挑流、窄缝挑流以及碰撞式消能的方法等。从上个世纪80年代以来，在我国有名的龙羊峡、李家峡、东方、隔河峡等水水电站中得到了广泛的应用。特别是随着我国大型水库的增多，再加上水库周围复杂的地形条件的限制，水垫塘联合消能+挑流的消能方式得到设计人员的重视，在许多水库工程中得到广泛的应用。在坝比较高的水库中的消能中，特别是利用挑流和消力池共同作用来消能的，其消力池需要满足一定的深度，而且下游水深和上下游之间的落差之间的比例不能够小于0.25。

2.低流消力池的设计。低流消力池的形状非常多，常见的有一级平底消力池、二级池、三级池以及斜坡池等。斜坡池在性能和功能上比一般的平底池优良，而且二级池、三级池以及斜坡池可以建设成为上宽下窄的形状，作为扩散式的消力池使用。在设计底流消力池的时候要注意考虑保持一定水平的淹没度，还要考虑到底板动水压力的变动情况，防止底部出现失稳。在水库大坝高度小于30m或者其消能设备比较完备的情况下，其所受到的脉动压力也不是非常大，水流的直接冲击作用也比较小，在设计的过程中可以进行适当的简化。可以进行基础砂浆锚杆施工，对混凝土的分缝面也不需要处理，也用不增设专门的排水系统。

在消力池的底板排水中主要存在两种方式，一是暗排的方法，通过安设水廊道，进行集中抽排的方式，这也是现在消力池底板设计中常用的方法，在二滩、安康、五强溪等水电工程中得到了广泛的应用。另外一种是采用明排的方式，通过在底板上设置排水孔的方法，在一些水电站上也得到了广泛的应用。对于消力池底板的排水设计来说，采用明排水孔的方法比暗排的方法好。由于在明排水孔中的施工简单，而且卸压快，不需要进行维护，也没有抽排缺陷。但是对地基基础比较柔软的排水孔，需要进行孔内保护。此外，其分缝的结构也可以相对简化，不设置止水也不进行打毛，其缝面也可以作为一个排水的通道。此外，为了防止消力池底板发生破坏，在板块的浇筑过程中应当尽量的减少基岩好板块底面之间的缝隙，而且为了满足基岩沉降的要求，还需要设置合理的伸缩缝。

三、结束语

为了防止水库由于消力池底板发生破坏而影响到水库的正常功能和安全，在设计的过程中要充分的考虑到水库的特点，包括水库的地质条件的限制等因素。同时在施工的过程中也要注意选择合适的施工工艺，这对于消力池底板的稳定性具有重要的影响。此外，在一些高、中水头的水库工程中还必须考虑到脉动作用对底板的影响，这对于消力池底板的稳定性也具有重要的影响，如果设计不当特别容易发生损坏的现象。